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焦作矿区煤层气开发失利原因分析和对策

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焦作 矿区 煤层气 开发 失利 原因 分析 对策
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焦 作矿区煤层气开发试验时间较早 ,从 1980 年开始就陆续开展了三个阶段的煤层气开发 , 但效果均不理想 , 严重挫伤了在该矿区进行煤层气开发的信心 。目前焦作矿区的煤与瓦斯突出灾害严重 ,现有的 15 对生产矿井中除赵固一矿 、白庄矿 、方庄一矿 、张屯矿外 ,其余均为煤与瓦斯突出矿井 ,也曾造成过重大人员伤亡事故 。 进行地面煤层气开发是解决矿井瓦斯灾害的有利手段 , 因此对过去煤层气开发失利的原因进行深入分析 , 找出相应的对策是当务之急 。1 一阶段1980~1985 年 , 煤炭部煤科总院抚顺分院与焦作矿务局合作 , 在中马村矿施工地面瓦斯抽放钻孔10 口 ,进行了二1煤层煤层气预排试验 ,采用水力压裂 、洞穴法等强化措施抽排煤层气 ,绝大部分井均达到产气效果 ,但由于受施工工艺 、设备和排水时间短等原因限制 ,煤层气抽排效果不甚理想 ,见表 1。二阶段1995~1996 年 , 中原油田与焦作矿务局联合投资 ,在古汉山井田中深部进行煤层气开发试验 ,施工试验井 4 口 ,其中西部按三角形小型井网布置 ,施工3 孔 。 采用裸眼造穴和水力压裂完井方式 ,进行了排水采气试验 ,见表 2。三阶段2007~今 , 河南省煤层气公司在焦作地区施工36 口 ,2 口地质原因报废 ,34 口投入排采 ;2010 年煤层气公司在九里山施工 2 口 , 投入排采 ;2010 年中石油在新河与九里山各施工 1 口井 , 但产气效果均不理想 。2 1煤储层不利于煤层气开发①“三低 ”储层 。 煤储层的临储压力比与含气饱和度是煤层气开发重要参数 ,沁水盆地南部的潘庄 、樊庄和成庄三个区块开发已经证实 , 当含气饱和度大于 临储比大于 , 平均日产气量超过焦作矿区煤层气开发失利原因分析和对策张宜生(河南省煤层气开发利用公司 ,河南 郑州 450016)摘 要 :通过对焦作矿区煤层气开发现状进行分析 ,认为二1煤层 “三低 ”、软煤发育以及底板灰岩富水是导致区内煤层气井产气效果不理想的客观条件 ,此外还包括对储层改造工艺单一和排采失控两个工程因素 ,针对上述问题提出了相应的增产改造措施 ,即针对煤储层特点采用 “一井一法 ”进行试验 ;使用携砂能力强的 裂液 ;制定严格的排采制度等 。关键词 :煤层气 ;裂液 ;排采 ;完井 ;一井一法中图分类号 : 献标识码 : 50016)BM " of BM as of of In to to at of RS “者简介 :张宜生 (1956—),男 ,河南郑州人 ,煤田地质与勘探专业 ,现主要从事煤层气开发研究与管理工作 。收稿日期 :2012唐锦秀中 国 煤 炭 地 质F 4 22012第 24 卷 2 期2012 年 2 月文章编号 :1674-1803(2012)02-0018-03表 2 第二阶段焦作矿区煤层气探井参数 BM t·1原始煤层压力/ 个月 18~45 0 3 654 0 2 个月 15~0~150 2 732 52 6 3 个月 24~60 150~190 12 409 39 4 9 个多月 48~0~110 2 564 17 艺内容 起止日期 抽出量 /m 煤层气含量 /m3·m3·0 821 435 38 190 738 130 2 988 第一阶段焦作矿区煤层气开发概况 BM d, 而焦作矿区含气饱和度普遍低于 储比也低于 储层条件决定了难以取得高产 ;渗透率是决定煤层气运移产出的关键因素 , 焦作矿区井下测试的透气性系数为 d,渗透率较差 。②软煤发育 。 焦作矿区煤与瓦斯灾害严重的主要因素之一就是软煤发育 , 大部分发育在煤层顶底板 ,有的煤层甚至全部为软煤 , 的部分煤心见图 1。软煤属于本煤层不可强化的储层 , 在水力压裂过程中 ,除了支撑剂嵌入无法形成有效裂缝外 ,还发生严重水敏 ,增加储层的启动压力梯度[1],不利于煤层气的扩散和产出 。这种原因占第三阶段 34 口井的近三分之一 ,造成既不产水 ,也不产气的现象 。③水力压裂沟通富水性强的煤层底板 。 焦作矿区水害严重 , 主要原因就是煤层底板属于富含水的岩 ,一旦水力压裂沟通含水层 ,就有可能使煤层气井变为 “水井 ”,部分井 (如 )的产水量稳定在 40m3/d 以上就属于这种情况 。由于煤层力学强度小于岩层 , 特别是软煤更是如此 ,在钻井过程中容易扩径 ,固井水泥环过厚导致射孔无法穿透 , 在水力压裂时裂缝就容易窜至煤层顶底板[2](图 2)。艺针对性不强①储层改造工艺单一 。 焦作矿区在过去煤层气开采的三个阶段中 , 主要采用单纯水力压裂或者水力冲割 ,没有根据煤体结构的变化做到一井一法 。由于煤储层温度低 ,大部分在 20℃以下 ,加注二氧化碳进行泡沫增能压裂并不适用 , 高分子聚合物压裂液低温下难以破胶[3],因此主要采用携砂能力低的活性水压裂液进行施工 ,排量达到 8m3/上 ,如此施工强度很容易沟通顶底板含水层 , 同时携砂能张宜生 :焦作矿区煤层气开发失利原因分析和对策19第 24 卷中 国 煤 炭 地 质力有限 ,支撑半径有限 。②排采失控 。对部分煤层气井来说 ,煤体结构完整 ,含气饱和度和临储比都较高 ,理论上应该达到商业产量 ,但由于排采失控造成了储层伤害而失败 ,这在第三阶段的煤层气井中也大致占三分之一 。 表现在排采开始阶段 ,强度过大引起速敏 ,近井地带裂缝闭合[4],压降漏斗无法向外传递 ,产气量急剧下降 。3 用新型压裂液体系针对焦作矿区煤层气储层应力较高 , 支撑剂嵌入严重 ,施工排量大容易沟通含水层等弊端 ,引入油气田解堵剂二氧化氯作为破胶剂的新型 “鸡尾酒 ”型压裂液 ,其主要特点 :①携砂能力强 。与活性水压裂液相比 ,“鸡尾酒 ”型压裂液具有高粘度 、极强的携砂能力 ,砂比可达到30%~70%,可实现裂缝的有效支撑 ,克服排采过程中储层的应力敏感 ;②增透和破胶功能 。 因加入二氧化氯为强氧化剂 ,能够刻蚀一部分煤体 ,达到增透目的 ,同时使得胍胶或清洁液低温破胶 , 突破了高粘压裂液低温无法实现破胶的局限性 。排量施工压裂过程中采用变排量泵注施工 , 其原因是除了在最大主应力方向形成张性支撑裂缝外 , 还形成周缘裂缝与最小主应力方向上的剪切裂缝 , 相当于加入了裸眼洞穴法完井的部分强化机理 。用虚拟储层煤层气开发模式针对软煤发育的储层 , 因其自身无任何残余强度而无法实施有效的水力增透强化改造 , 要对此类储层进行商业化煤层气开发只能从其顶底板入手[5],即通过对顶底板岩层实施压裂强化 ,建立一条煤层气运移产出的高速通道 , 使煤层中赋存的煤层气只需以扩散的形式运移到顶底板裂隙 , 然后运移到井筒产出 。4 结论①针对焦作矿区煤层气开发三个阶段存在的问题 , 从煤层气储层条件和工程因素两个方面进行了分析 , 认为区内煤层气开发失利的原因既包括储层本身 “三低 ”、软煤发育和底板富含水等客观因素 ,也包括储层改造工艺单一和排采失控两个工程因素 。②提出了下一步增产改造措施 ,包括施工方法 、改进压裂液类型和虚拟储层开发模式的尝试 , 为焦作矿区实现煤层气商业开发提供技术参考 。参考文献 :[1] 郭红玉 ,苏现波 J]2010,30(6):522] 郭红玉 ,苏现波 ,倪小明 ,等 J]2009:703] 汪永利 ,丛连铸 ,李安启 J]2002,30(6):274] 李金海 ,苏现波 ,林晓英 ,等 J]34(3):3765] 苏现波 ,陈江峰 ,孙俊民 ,等 M]科学出版社 ,2001: :姜尧发 ,孙宝玲 ,钱汉东责任编辑 :李凯明 ,罗军燕定 价 :本书系统介绍了矿物学 、 岩石学的基本原理与分类命名 ,典型矿物 、岩石类型的特征 。 全书共有 13章 ,内容包括矿物及矿物学 、品体对称与晶体形态 、矿物通论 、矿物各论 、岩石及岩石学 、岩浆岩总论 、岩浆岩各论 、沉积岩总论 、沉积岩各论 、变质岩总论 、变质岩各论 、矿物实验指导书 、岩石实验指导书 。书中选用了数百张清晰 、精美的矿物晶体 、岩石结构构造和典型岩石类型的图片 , 帮助读者加深对岩矿理论知识的理解 。 简明扼要 、深入浅出 、图文并茂 、通俗易懂 。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!20
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